TWI768259B - 用於量測微影設備之聚焦效能之方法、圖案化裝置及設備、裝置製造方法 - Google Patents

用於量測微影設備之聚焦效能之方法、圖案化裝置及設備、裝置製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種量測一微影設備之聚焦效能之方法。該方法包含：使用該微影設備在一基板上列印至少一個聚焦度量衡圖案，該經列印聚焦度量衡圖案包含特徵之至少一第一週期性陣列；以及使用檢測輻射來量測該經列印聚焦度量衡圖案中之該第一週期性陣列的一繞射光譜之相反部分之間的不對稱性。至少部分地基於該所量測之不對稱性來導出聚焦效能之一量測值。該第一週期性陣列包含不具有特徵之一空間區域與具有至少一個第一特徵及至少一個第二特徵之一圖案區域的一重複配置，該至少一個第一特徵包含自一主體突出之子特徵；且其中該第一特徵與該第二特徵充分接近以在量測期間經有效偵測為一單一特徵。亦揭示一種包含該第一週期性陣列之圖案化裝置。

Description

用於量測微影設備之聚焦效能之方法、圖案化裝置及設備、裝置製造方法
本發明係關於可用以例如在藉由微影技術製造裝置時執行度量衡之檢測設備及方法。本發明進一步係關於用於在微影製程中監測聚焦參數之此類方法。
微影設備為將所要圖案施加至基板上(通常施加至基板之目標部分上)之機器。微影設備可用於例如積體電路(IC)製造中。在彼情況下，圖案化裝置(其替代地被稱作光罩或倍縮光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。此圖案可經轉印至基板(例如矽晶圓)上之目標部分(例如，包括晶粒之部分、一個晶粒或若干晶粒)上。典型地經由成像至設置於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上來轉印圖案。一般而言，單個基板將含有經連續圖案化之相鄰目標部分之網路。
在微影製程中，需要頻繁地對所形成結構進行量測例如以供用於製程控制及核驗。用於進行此類量測之各種工具為已知的，包括通常用以量測臨界尺寸(CD)之掃描電子顯微鏡，及用以量測疊對(裝置中之兩個層的對準準確度)之專用工具。最近，已研發用於微影領域中之各種形式的散射計。此等裝置將輻射光束導引至目標上且量測散射輻射之一或多個特性(例如在單個反射角處隨波長而變化之強度；在一或多個波長下隨反射角而變化之強度；或隨反射角而變化之偏振)以獲得可供判定目標之所關注特性的繞射「光譜」。
已知散射計之實例包括US2006033921A1及US2010201963A1中所描述之類型的角度解析散射計。由此類散射計使用之目標為相對較大(例如40 μm乘40 μm)的光柵，且量測光束產生小於光柵之光點(亦即，光柵填充不足)。使用繞射階之暗場成像的基於繞射之疊對度量衡使得能夠量測較小目標之疊對及其他參數。此等目標可小於照明光點，且可由基板上之產品結構包圍。來自環境產品結構之強度可藉由影像平面中之暗場偵測與來自迭對目標之強度有效分離。
可在國際專利申請案US20100328655A1及US2011069292A1中找到暗場成像度量衡之實例，該等文件之全文特此以引用之方式併入。已公開之專利公開案US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A及WO2013178422A1中已描述該技術之進一步發展。此等目標可小於照明光點，且可由晶圓上之產品結構包圍。可使用複合光柵目標在一個影像中量測多個光柵。所有此等申請案之內容亦以引用之方式併入本文中。
需要監測之微影製程之一個重要參數為聚焦。需要將不斷增長數目之電子組件整合於IC中。為實現此整合，有必要減小組件之大小且因此增加投影系統之解析度，以使得可將愈來愈小之細節或線寬投影於基板之目標部分上。隨著微影中之臨界尺寸(CD)收縮，在基板上及在基板之間的聚焦之一致性變得愈來愈重要。CD為變化將導致特徵之物理特性之非所要變化的一或多個特徵之尺寸(諸如電晶體之閘極寬度)。
傳統上，最佳設定藉由「提前發送晶圓」來判定，亦即在生產運作之前曝光、顯影及量測基板。在提前發送晶圓時，在所謂之聚焦能量矩陣(FEM)中曝光測試結構，且根據彼等測試結構之檢查來判定最佳聚焦及能量(曝光劑量)設定。近年來，聚焦度量衡目標包括於生產設計中以允許對聚焦效能之連續監測。此等度量衡目標應准許對聚焦之快速量測，以允許大容量製造中之快速效能量測。理想上，度量衡目標應足夠小以使得其可置放於產品特徵間而無空間之不當損耗。
當前測試結構設計及聚焦量測方法具有若干缺點。已知聚焦度量衡目標需要具有大間距之子解析度特徵及/或光柵結構。此類結構可能違反微影設備之使用者的設計規則。可使用在可見輻射波長下工作之高速檢測設備(諸如散射計)來有效量測光柵結構之不對稱性。已知聚焦量測技術利用以下事實：可藉由界定目標結構之圖案化裝置上之圖案的特殊設計而將聚焦敏感不對稱性引入至列印於抗蝕劑層中之結構中。對於EUV微影，在使用波長小於20 nm (例如13.5 nm)之輻射來執行列印的情況下，子解析度特徵之形成變得更加困難。對於EUV微影，抗蝕劑厚度及因此目標結構之厚度較小。此減弱繞射效率，且因此減弱可用於聚焦度量衡之信號強度。
出於此等原因，一般而言，需要研發不但用於在微影製程中(尤其在EUV微影中)量測聚焦效能，而且用於基於投影之微影的新技術。
本發明旨在提供量測聚焦效能之替代方法。在一些態樣中，本發明旨在提供可適應於諸如EUV微影之新環境的方法。在一些態樣中，本發明旨在避免對待界定於圖案化裝置中之子解析度特徵之需求。
在本發明之一第一態樣中，本發明人已認識到，可設想在不使用子解析度特徵之情況下提供聚焦相依不對稱性信號之替代目標設計。
在一第一態樣中，本發明提供一種量測一微影設備之聚焦效能之方法，該方法包含：(a)獲得與一基板上之一經列印聚焦度量衡圖案中的一第一週期性陣列之一繞射光譜之相反部分之間的經量測不對稱性相關之量測資料；以及(b)至少部分地基於該量測資料內所包含在該不對稱性來導出聚焦效能之一量測值，其中該第一週期性陣列包含不具有特徵之一空間區域與具有至少一個第一特徵及至少一個第二特徵之一圖案區域的一重複配置，該至少一個第一特徵包含自一主體突出之子特徵；且其中該第一特徵與該第二特徵充分接近以在於一量測步驟中經量測時經有效偵測為一單一特徵。
在一第二態樣中，本發明提供一種在一微影設備中所使用之圖案化裝置，該圖案化裝置包含用以限定一或多個裝置圖案及一或多個度量衡圖案之特徵的反射部分及非反射部分，該等度量衡圖案包括至少一個聚焦度量衡圖案，該聚焦度量衡圖案包含特徵之至少一第一週期性陣列，該等特徵之至少一第一週期性陣列包含經配置以限定不具有特徵之一空間區域與具有至少一個第一特徵及至少一個第二特徵之一圖案區域的一重複特徵配置，該至少一個第一特徵包含自一主體突出之子特徵；且其中該第一特徵與該第二特徵充分接近以在一基於散射量測之度量衡動作期間經有效偵測為一單一特徵，以量測如形成於一基板上之該第一週期性陣列的一繞射光譜之相反部分之間的不對稱性。
本發明又進一步提供一種微影系統，其包含一微影設備，該微影設備包含： 一照明光學系統，其經配置以照明一反射圖案化裝置； 一投影光學系統，其經配置以將該圖案化裝置之一影像投影至一基板上；及 根據如上文所闡述之本發明之該第一態樣的一度量衡裝置， 其中該微影設備經配置以在將圖案施加至另外基板時使用由該度量衡設備導出之聚焦效能的量測值。
本發明又進一步提供用於實施根據如上文所闡述之本發明的各種態樣之方法及裝置的電腦程式產品。
本發明又進一步提供一種使用根據如上文所闡述的本發明之該第一態樣或該第二態樣之該方法來製造裝置之方法。
下文參考隨附圖式來詳細地描述本發明之其他特徵及優勢，以及本發明之各種實施例的結構及操作。應注意，本發明不限於本文中所描述之特定實施例。本文中僅出於說明性目的而呈現此類實施例。基於本文中所含有之教示，額外實施例對於熟習相關技術者將顯而易見。
在詳細地描述本發明之實施例之前，有指導性的係呈現可藉以實施本發明之實施例的實例環境。
圖1示意性地描繪根據本發明之一實施例的包括源模組SO之微影設備100。設備包含： -  照明系統(照明器) IL，其經組態以調節輻射光束B (例如EUV輻射)； -  支撐結構(例如光罩台) MT，其經建構以支撐圖案化裝置(例如光罩或倍縮光罩) MA，且連接至經組態以準確定位圖案化裝置之第一定位器PM； -  基板台(例如晶圓台) WT，其經建構以固持基板(例如抗蝕劑塗佈晶圓) W，且連接至經組態以準確定位基板之第二定位器PW；及 -  投影系統(例如反射投影系統) PS，其經組態以將由圖案化裝置MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W的目標部分C (例如，包含一或多個晶粒)上。
照明系統可包括用於導引、塑形或控制輻射之各種類型的光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件，或其任何組合。
支撐結構MT以視圖案化裝置MA之定向、微影設備之設計及其他條件(諸如，圖案化裝置是否經固持於真空環境中)而定的方式來固持圖案化裝置。支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術來固持圖案化裝置。支撐結構可為例如框架或台，其可視需要而固定或可移動。支撐結構可確保圖案化裝置例如相對於投影系統處於所要位置。
術語「圖案化裝置」應被廣泛地解譯為係指可用以在輻射光束之橫截面中向輻射光束賦予圖案以便在基板之目標部分中形成圖案的任何裝置。賦予至輻射光束之圖案可對應於目標部分中形成之裝置(諸如積體電路)中的特定功能層。
一般而言，微影中所使用之圖案化裝置可為透射或反射的。圖案化裝置之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列及可程式化LCD面板。光罩在微影中為熟知的，且包括諸如二元、交變相移及衰減式相移之光罩類型，以及各種混合光罩類型。可程式化鏡面陣列之一實例採用小鏡面之矩陣配置，該等小鏡面中之每一者可個別地傾斜以便使入射輻射光束在不同方向上反射。傾斜鏡面將圖案賦予至藉由鏡面矩陣反射之輻射光束中。
類似於照明系統，投影系統可包括如適於所使用之曝光輻射或適於諸如真空之用途的其他因素之各種類型的光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件，或其任何組合。可能需要將真空用於EUV輻射，此係因為其他氣體可能吸收過多輻射。因此，可憑藉真空壁及真空泵而將真空環境提供至整個光束路徑。
如此處所描繪，設備屬於反射類型(例如採用反射光罩)。本發明之聚焦度量衡技術已經研發以特定用於與反射圖案化裝置(倍縮光罩)一起使用，其中照明不在垂直於圖案化裝置表面之平面的方向上，而係處於稍微傾斜之角度。原則上，若出於一些原因照明引入不對稱性，則相同技術可應用於透射圖案化裝置。習知地，倍縮光罩之照明經設計為對稱的，但在反射倍縮光罩之情況下，此一般不可能。
本發明之某些實施例使用反射圖案化裝置來利用投影系統中之不對稱性。其他實施例適用於任何種類之投影系統。
微影設備可屬於具有兩個(雙載物台)或更多個基板台(及/或兩個或更多個光罩台)之類型。在此類「多載物台」機器中，可並行地使用額外台，或可對一或多個台進行預備步驟，同時將一或多個其他台用於曝光。
參考圖1，照明器IL自源模組SO接收極紫外線輻射光束。用以產生EUV光之方法包括但未必限於使用EUV範圍內之一或多個發射譜線將材料轉化為至少一種元素之電漿狀態，該至少一種元素例如氙、鋰或錫。在一種此類方法(通常被稱為雷射產生電漿(「LPP」))中，可藉由用雷射光束來輻照燃料(諸如具有所需譜線發射元素之材料的小滴、串流或叢集)而產生所需電漿。源模組SO可為包括雷射器(圖1中未展示)之EUV輻射系統的部分，該雷射器用於提供激發燃料之雷射光束。所得電漿發射輸出輻射，例如EUV輻射，該輻射係使用安置於源模組中之輻射收集器予以收集。舉例而言，當使用CO2雷射器來提供用於燃料激發之雷射光束時，雷射器與源模組可為分離實體。
在此類情況下，認為雷射器不形成微影設備之部分，且輻射光束憑藉包含例如合適的導引鏡面及/或光束擴展器之光束遞送系統而自雷射器傳遞至源模組。在其他情況下，舉例而言，當源為放電產生電漿EUV產生器(通常被稱為DPP源)時，源可為源模組之整體部分。
照明器IL可包含用於調整輻射光束之角強度分佈的調整器。一般而言，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈的至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ外部及σ內部)。另外，照明器IL可包含各種其他組件，諸如琢面化場鏡面裝置及琢面化光瞳鏡面裝置。照明器可用以調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。
輻射光束B入射於固持在支撐結構(例如光罩台) MT上之圖案化裝置(例如光罩) MA上，且藉由該圖案化裝置來圖案化。在自圖案化裝置(例如光罩) MA反射之後，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，該投影系統PS將光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器PS2 (例如干涉量測裝置、線性編碼器或電容式感測器)，可精確地移動基板台WT，例如以便使不同目標部分C定位於輻射光束B之路徑中。類似地，第一定位器PM及另一位置感測器PS1可用以相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化裝置(例如光罩) MA。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化裝置(例如光罩) MA及基板W。
所描繪設備可按以下模式中之至少一者來使用： 1.     在步進模式中，在將賦予至輻射光束之整個圖案一次性投影至目標部分C上時，使支撐結構(例如光罩台) MT及基板台WT保持基本上靜止(亦即單次靜態曝光)。隨後使基板台WT在X及/或Y方向上移位以使得可曝光不同目標部分C。 2.     在掃描模式中，同步地掃描支撐結構(例如光罩台) MT及基板台WT，同時將賦予至輻射束之圖案投影至目標部分C上(亦即單次動態曝光)。可藉由投影系統PS之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判定基板台WT相對於支撐結構(例如遮罩台) MT之速度及方向。 3.     在另一模式中，使支撐結構(例如光罩台) MT保持基本上靜止，同時固持可程式化圖案化裝置，且在將賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時移動或掃描基板台WT。在此模式中，一般採用脈衝式輻射源，且在基板台WT之每一移動之後或在掃描期間的連續輻射脈衝之間視需要而更新可程式化圖案化裝置。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化裝置(諸如上文所提及之類型的可程式化鏡面陣列)之無光罩微影。
亦可採用對上文所描述之使用模式之組合及/或變體或完全不同的使用模式。
將理解，微影設備在圖1中以高度示意性形式表示，但彼形式為本發明所必要之全部形式。
如圖2中所展示，微影設備LA形成微影單元LC (有時亦被稱作叢集)之部分，該微影單元LC亦包括用以對基板執行曝光前製程及曝光後製程之設備。習知地，此等裝置包括用以沈積抗蝕劑層之旋塗器SC、用以顯影經曝光抗蝕劑之顯影器DE、冷卻板CH及烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板，在不同製程設備之間移動基板，且隨後將基板遞送至微影設備之裝載匣LB。通常被統稱作塗佈顯影系統(track)之此等裝置在塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，該塗佈顯影系統控制單元TCU自身受到監督控制系統SCS控制，該監督控制系統SCS亦經由微影控制單元LACU來控制微影設備。因此，不同設備可經操作以最大化產出率及處理效率。
為了正確且一致地曝光由微影設備曝光之基板，可能需要檢測經曝光基板以量測諸如後續層之間的疊對誤差、線粗、臨界尺寸(CD)等特性。因此，經定位有微影製造單元LC之製造設施亦包括度量衡系統MET，該度量衡系統MET接收已在微影製造單元中處理之基板W中之一些或全部。將度量衡結果直接或間接地提供至監督控制系統SCS。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光進行調整，尤其在檢測可足夠迅速且快速地進行以使得同一批次之其他基板仍待曝光的情況下。另外，已曝光之基板可經剝離及重工以提高良率或予以捨棄，藉此避免對已知有缺陷之基板執行進一步處理。在基板之僅一些目標部分有缺陷的情況下，可僅對良好的彼等目標部分執行進一步曝光。
在度量衡系統MET內，檢測設備用以判定基板之特性，且詳言之，判定不同基板或同一基板之不同層的特性如何在層間變化。檢測設備可整合至微影設備LA或微影製造單元LC中，或可為單機裝置。為實現最快速之量測，需要使檢測設備在曝光之後立即量測經曝光抗蝕劑層中之特性。然而，抗蝕劑中之潛影具有極低對比度(在已曝光於輻射之抗蝕劑的部分與尚未曝光於輻射之抗蝕劑的部分之間僅存在極小折射率差)，且並非所有檢測設備皆具有足夠敏感度以對潛影進行有效量測。因此，可在曝光後烘烤步驟(PEB)之後採取量測，該曝光後烘烤步驟通常為對經曝光基板進行之第一步驟，且增加抗蝕劑之經曝光部分與未經曝光部分之間的對比度。在此階段，抗蝕劑中之影像可被稱作半潛像(semi-latent)。亦有可能對經顯影抗蝕劑影像進行量測(此時已移除抗蝕劑之經曝光部分或未經曝光部分)，或在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後對經顯影光阻影像進行量測。後一可能性限制重工有缺陷基板之可能性，但仍可提供有效資訊。
圖3(a)示意性地展示實施所謂的暗場成像度量衡之檢測設備的關鍵元件。該設備可為單機裝置，或併入例如量測站處之微影裝置LA或微影單元LC中。在裝置中具有若干分支之光軸由點線O表示。圖3(b)更詳細地說明目標光柵結構T及繞射射線。
如[先前技術]中所引用之先前申請案中所描述，圖3(a)之暗場成像設備可為可替代光譜散射計或除光譜散射計以外加以使用之多用途角度解析散射計之部分。在此類型之檢測設備中，由輻射源11發射之輻射由照明系統12調節。舉例而言，照明系統12可包括準直透鏡系統、彩色濾光片、偏振器及孔徑裝置13。經調節輻射遵循照明路徑IP，其中經調節輻射由部分反射表面15反射且經由顯微鏡物鏡16聚焦至基板W上之光點S中。度量衡目標T可在基板W上形成。透鏡16具有高數值孔徑(NA)，較佳地至少0.9，且更佳地至少0.95。可視需要使用浸潤流體以獲得超過1的數值孔徑。
在此實例中，物鏡16亦用以收集已由目標散射之輻射。示意性地展示此返回輻射之收集路徑CP。多用途散射計可在收集路徑中具有兩個或更多個量測分支。說明為光瞳成像分支之實例包含光瞳成像光學系統18及光瞳影像感測器19。亦展示成像分支，下文將更詳細地描述該成像分支。另外，其他光學系統及分支將包括於實際設備中，例如以收集參考輻射以用於強度正規化、用於捕捉目標之粗略成像、用於聚焦等。可在上文所提及之先前公開案中發現此等操作之細節。
在度量衡目標T設置於基板W上之情況下，此可為1-D光柵，該1-D光柵經列印以使得在顯影之後，長條由固體抗蝕劑線形成。目標可為2-D光柵，其經列以以使得在顯影之後，光柵由抗蝕劑中之固體抗蝕劑導柱或通孔形成。長條、導柱或通孔可替代地經蝕刻至基板中。此等光柵中之每一者為特性可使用檢測設備來研究之目標結構的一實例。
可調整照明系統12之各種組件以在同一設備內實施不同度量衡「配方」。除選擇波長(顏色)及偏振作為照明輻射之特性以外，照明系統12亦可經調整以實施不同照明輪廓。孔徑裝置13之平面與物鏡16之光瞳平面及光瞳影像偵測器19之平面共軛。因此，由孔徑裝置13限定之照明輪廓限定以光點S入射於基板W上之光的角度分佈。為實施不同照明輪廓，孔徑裝置13可設置於照明路徑中。孔徑裝置可包含安裝於可移動滑件或輪上之不同孔徑。該孔徑裝置可替代地包含可程式化空間光調變器。作為另一替代方案，光纖可安置於照明光瞳平面中之不同位置處，且可選擇性用以在其各別位置處遞送光或不遞送光。此等變型皆在上文所引用之文件中加以論述及例示。
在第一實例照明模式中，使用孔徑13N且提供射線30a以使得入射角如所展示在圖3(b)中之「I」處。由目標T反射之零階射線之路徑經標註為「0」(不應與光軸「O」混淆)。在第二照明模式中，使用孔徑13S，以使得可提供射線30b，在此情況下，相較於第一模式，入射角與反射角將調換。在圖3(a)中，第一及第二實例照明模式之零階射線經分別標註為0(13N)及0(13S)。此等照明模式兩者皆將被識別為離軸照明模式。可出於不同目的而實施許多不同照明模式，包括同軸照明模式。
如圖3(b)中更詳細地展示，作為目標結構之一實例的目標光柵T經置放為使基板W垂直於物鏡16之光軸O。在離軸照明輪廓之情況下，與軸線O偏離一角度而照射於光柵T上的照明射線I產生一零階射線(實線0)及兩個一階射線(點鏈線+1及雙點鏈線-1)。應記住，在填充過度之小目標光柵的情況下，此等射線僅為覆蓋包括度量衡目標光柵T及其他特徵之基板之區域的許多平行射線中之一者。因為照明射線30a之光束具有有限寬度(為准許有用量之光進入所必需)，所以入射射線I事實上將佔據一角度範圍，且繞射射線0及+1/-1將稍微散開。根據小目標之點散佈函數，每一階+1及-1將在一角度範圍內進一步散佈，而非如所展示之單個理想射線。
在暗場成像之收集路徑的分支中，成像光學系統20在感測器23 (例如CCD或CMOS感測器)上形成基板W上之目標的影像T'。孔徑光闌21設置於收集路徑CP之成像分支中之平面中，該平面與物鏡16之光瞳平面共軛。孔徑光闌20亦可被稱作光瞳光闌。孔徑光闌21可採取不同形式，正如照明孔徑可採取不同形式那般。與透鏡16之有效孔徑結合的孔徑光闌21決定使用散射輻射之何部分在感測器23上產生影像。典型地，孔徑光闌21用以阻擋零階繞射光束以使得形成於感測器23上之目標的影像僅自一階光束形成。在兩個一階光束經組合以形成影像之實例中，此影像將為所謂的暗場影像，等效於暗場顯微法。作為孔徑光闌21之一實例，可使用僅允許通過同軸輻射之孔徑21a。使用與孔徑21a組合之離軸照明，一次僅成像一階中之一者。
將由感測器23捕捉之影像輸出至影像處理器及控制器PU，影像處理器及控制器PU之功能將視正在執行之量測的特定類型而定。出於此目的，執行對目標結構之不對稱性的量測。不對稱性量測可與目標結構之知識組合以獲得用以形成該等目標結構之微影製程之效能參數的量測。可以此方式量測之效能參數包括例如疊對、聚焦及劑量。提供目標之特殊設計以允許經由相同基礎不對稱性量測方法對不同效能參數進行此等量測。
再次參考圖3(b)及具有射線30a之第一實例照明模式，來自目標光柵之+1階繞射射線將進入物鏡16，且促成感測器23處所記錄之影像。當使用第二照明模式時，射線30b以與射線30a相反之角度入射，且因此-1階繞射射線進入物鏡且促成影像。當使用離軸照明時，孔徑光闌21a阻擋零階輻射。如先前公開案中所描述，照明模式可藉由在X及Y方向上之離軸照明加以限定。
藉由比較在此等不同照明模式下之目標光柵的影像，可獲得不對稱性量測。可替代地，可藉由保持相同照明模式但旋轉目標來獲得不對稱性量測值。雖然展示離軸照明，但可替代地使用目標之同軸照明，且可使用經修改之離軸孔徑21將繞射光之實質上僅一個一階傳遞至感測器。在另一實例中，一對離軸稜鏡21b與同軸照明模式組合使用。此等稜鏡具有將+1及-1階轉向至感測器23上之不同部位的效應，以使得其可經偵測到及比較而無需兩個依序影像捕捉步驟。上文所提及之公開專利申請案US2011102753A1中揭示此技術，該專利申請案之內容特此以引用之方式併入。替代一階光束或除一階光束以外，2階、3階及更高階光束(圖3中未展示)亦可用於量測中。作為另一變型，離軸照明模式可保持恆定，而目標自身在物鏡16下方旋轉180度以使用相反繞射階來捕捉影像。
在以下揭示內容中，將說明用於量測微影製程之聚焦效能的技術，該微影製程對反射類型之圖案化裝置使用傾斜照明。此等技術可尤其應用於EUV微影中，在此情況下需要近真空環境中之反射光學件。將在基板上列印包括某些聚焦度量衡圖案之度量衡目標，同時列印產品特徵。將使用例如圖3之設備中的基於繞射之技術來量測此等經列印圖案之不對稱性。為允許使用小目標，將假定，將使用設備之暗場成像分支來執行此等不對稱性量測。然而，亦可使用光瞳成像分支來對不對稱性進行基於繞射之量測。當然，圖3中所展示之設備僅為可用以量測不對稱性之檢測設備及方法的一個實例。
在於DUV波長範圍內工作之微影設備的上下文中，已成功地設計並使用基於繞射之聚焦(DBF)量測的目標。藉由將經子分段特徵包括於倍縮光罩上之光柵圖案中來產生已知類型的DBF目標。在更多固體特徵旁，此等特徵具有小於微影設備之成像解析度的尺寸。因此，該等特徵不作為抗蝕劑層中之個別特徵而列印於基板上，但其以對聚焦誤差敏感之方式影響固體特徵之列印。具體言之，此等特徵之存在對DBF度量衡目標內之光柵中之每一條線形成不對稱抗蝕劑輪廓，其中不對稱性之程度視聚焦而定。因此，諸如圖3之檢測設備的度量衡工具可自形成於基板上之目標量測不對稱性之程度，且將此目標平移至掃描器焦點中。
令人遺憾地，已知DBF度量衡目標設計不適用於所有情形。在EUV微影中，抗蝕劑膜厚度顯著低於用於DUV浸潤微影中之彼等，從而導致低繞射效率，且難以自散射計中之繞射輻射提取準確不對稱性資訊。另外，因為成像系統之解析度在EUV微影中本質上較高，所以具有小於DUV浸潤微影之列印解析度之尺寸的特徵變為可藉由EUV微影列印之「固體」特徵。將類似子解析度特徵設置於EUV倍縮光罩上相當不切實際，且/或可能違反半導體製造商之「設計規則」。此類規則一般作為用以限定特徵設計之手段而建立，以確保經列印特徵符合其製程要求。在任何情況下，超出設計規則之工作使得難以模擬對DBF目標執行製程，以使得最佳目標設計及聚焦量測值之校準變為試誤法事務。符合設計規則之需要適用於DUV微影中之DBF目標，而不僅僅係EUV微影。
聚焦(DBF)度量衡目標應具有隨目標散焦而變化之唯一(且較佳地，單調)的不對稱性信號。在此上下文中，不對稱性信號可描述相反較高繞射階(例如+1繞射階與-1繞射階)之差(例如強度差及/或相位差)。精確度及敏感度較高亦至關重要。其他考慮因素包括最小化劑量及其他串擾影響(例如自處理效應所得)，且檢測工具之間的工具與工具匹配應為良好的。
已觀測到目標之一種良好原則為基於其間具有聚焦移位之兩個柏桑(Bossung)樣信號之差動的原則。大部分本發明技術將得到單個柏桑，其中在最佳焦點周圍無記號資訊及零敏感度。
圖4說明用於解決所引起問題之一先前實例，如歐洲專利申請案第17177774.1號中所描述。該圖單獨展示聚焦度量衡圖案之一小部分。此圖案之重複單元包含在週期性方向上彼此隔開的一個第一特徵422與一個第二特徵424。在此實例中，週期性方向可為圖案化裝置及基板之X方向。每一第一特徵422包含各自具有接近但不小於列印步驟之解析度極限的最小尺寸w1之長條或其他特徵。舉例而言，此值w1可在週期性方向上小於50奈米。每一第一特徵422與其下一最接近相鄰第二特徵424之間的第二空間具有尺寸w2'，且類似於第二特徵424自身之尺寸w2。因此，將看到，包含較細第一特徵及較粗第二特徵之圖案T實際上以正及負兩種形式存在。置放此等尺寸w1、w1'以及大得多的週期P，將瞭解，尺寸w2及w2'比第一特徵422之最小尺寸w1大得多，且因此比列印步驟之解析度極限大得多。尺寸w2及w2'可各自例如超過尺寸w1之四倍，超過尺寸w1之五倍、六倍、八倍或十倍。週期性陣列中之每一第二特徵進一步包括子特徵426，該子特徵426在橫向於該週期性方向之方向上具有接近於而非小於列印步驟之解析度極限的最小尺寸。在此實例中，子特徵為自第一特徵之主體428不對稱地突出之線。此等突出線或指狀物之長度經標註為w3。每一第二特徵424之主體428限定第二特徵在週期性方向上之最小尺寸w4。因此，在此記法中，第二特徵424之最大尺寸w2等於w3+w4。子特徵在橫向方向上之最小尺寸經標註為w5。
應理解，僅子特徵426與第一特徵422之間的間隙經由聚焦而變化。且此外，此變化為線性或至少單調的，從而在量測該目標時產生單調不對稱性信號。因此，假定此間隙視由子特徵之末端限定之第一邊緣與由第一特徵422限定的第二邊緣之間隙之間的不同柏桑行為而定。第一邊緣在散焦下有效撤離(子特徵426之長度變得更小)，而第二邊緣之位置仍相對穩定。有效柏桑移位亦可來自實體高度差：在比第一特徵422更低的抗蝕劑高度處對子特徵426有效取樣。
然而，本發明者相信，對於圖4之目標設計，可提高聚焦之敏感度。較佳聚焦敏感度意謂較強不對稱性信號及經改良之聚焦量測值。
圖5說明根據本發明之量測微影設備之聚焦效能之方法的原理。在所揭示之方法中，微影設備用以將至少一個聚焦度量衡圖案T列印於基板W上。經列印聚焦度量衡圖案T包含在至少一個方向上為週期性的特徵陣列。出於此實例之目的，聚焦度量衡圖案T在Y方向上為週期性的，該Y方向對應於微影設備之掃描方向。在所描述類型之微影設備中，在Y-Z平面內，照明方向處於傾斜角度。聚焦度量衡圖案T經製作成在Y方向上具週期性。藉由例如使用上文所描述之類型的檢測設備來量測經列印聚焦度量衡圖案之不對稱性，可導出聚焦效能之量測值。
圖案化裝置MA包含用以限定一或多個裝置圖案及一或多個度量衡圖案之特徵的反射及非反射部分。作為本發明之所關注度量衡圖案之一種類型，待形成於基板W上之聚焦度量衡圖案T由形成於反射圖案化裝置MA上之對應圖案T"來限定。倍縮光罩之部分的放大細節展示於502處。藉由使用以傾斜角度θ入射之EUV輻射504輻射照明倍縮光罩而在圖1之微影設備中執行將此圖案轉印至基板W上之抗蝕劑層上的列印操作，該傾斜角度θ可例如在5°至10°之範圍內。攜載度量衡目標圖案之資訊(及需要列印於基板上之所有產品特徵)的經反射輻射506進入投影系統PS。倍縮光罩之基底為反射結構508，該反射結構508典型地為經調適以反射微影設備中所使用之輻射之波長的多層結構。EUV輻射典型地短於20奈米。舉例而言，大約13.5 nm之波長用於基於錫電漿輻射源之當前實施方案中。
在反射結構508之頂部上，提供輻射吸收結構510，其可包含EUV吸收材料層，且視情況包含保護罩蓋層。選擇性移除結構510以便留下反射部分512，其中根據需要列印於基板上之抗蝕劑材料中的圖案，非反射部分由輻射吸收結構514限定。視所使用之抗蝕劑材料之類型而定，經顯影圖案可具有對應於反射部分(負調型色調抗蝕劑)或對應於非反射部分(正調型色調抗蝕劑)之抗蝕劑特徵。對於本圖解，除非另外陳述，否則將假定正型抗蝕劑製程。本發明之教示可易於由熟習此項技術者調試為任一類型之製程。
聚焦度量衡圖案T包含在週期性方向上具有長度L之光柵圖案。在此實例中，週期性方向為Y方向，如所提及。對結構之週期P加以標記，且展示包括重複單元600中之一者之圖案的放大部分。每一重複單元在此實施例中包含具有空間區域610之圖案區域605的週期性重複。熟習此項技術者將理解，在將來自圖案化裝置MA之圖案列印至基板W上時，典型微影設備之投影系統PS將應用預定縮小因數。因此，在以下實例中給定之特徵的尺寸應被理解為係指如列印於基板上之特徵的大小，且諸如倍縮光罩502之圖案化裝置上之對應特徵的大小可在實體上大幾倍。在以下描述中，此比例因數應被認為理所當然的，且將不再次提及。類似地，除非內容背景另外要求，否則將度量衡圖案T之特徵的尺寸陳述為如在圖案自圖案化裝置完美地轉印至抗蝕劑之情況下將具有的尺寸。如將瞭解，聚焦度量衡方法之基礎為：當存在非零聚焦誤差時，特徵將未予以完美地列印。
列印步驟中所使用之輻射(例如EUV輻射)之波長比典型地用以量測圖3之檢測設備之不對稱性的輻射之波長短得多。EUV輻射可經定義為在0.1 nm至100 nm之範圍內的輻射，而列印步驟中所使用之輻射的波長可例如小於20奈米。在一些實施例中，檢測設備可使用處於在200 nm至2000 nm之範圍內之一或多個波長的可見光或紅外線輻射。在此類情況下，列印步驟中所使用之輻射的波長可比量測不對稱性時所使用之輻射的波長短十倍或更多倍。在其他實例中，量測輻射之波長可短於200 nm，例如在150 nm至400 nm或甚至100 nm至200 nm之範圍內。
無論將何種輻射波長用於圖案之列印及其量測，聚焦度量衡圖案皆含有具有經調適以適合此等條件之一系列特性的特徵。圖案區域605內所包含之特徵的尺寸經設計以具有類似於作為產品圖案之部分所列印之最小特徵的尺寸。若並非如此，則聚焦敏感度將顯著更低，從而導致較低精確度。此外，使用聚焦度量衡圖案T量測之此聚焦效能可能並不準確地表示所關注實際產品特徵之聚焦效能。
另一方面，鑒於檢測設備中所使用之較長波長(即使允許可應用使用較短波長之檢測設備的事實)，此等個別第一特徵過小以致於無法由檢測設備直接地解析。藉由將第一特徵之群組配置於具有與檢測設備波長相當之總週期P的光柵圖案中，圖案之繞射光譜整體上變得可在檢測設備中解析，且可推斷較小特徵之特性。光柵圖案之週期P可例如為350 nm或450 nm或600 nm。光柵圖案之總長度L可為例如5 µm。此大小允許將圖案包括於切割道內或甚至包括於裝置區域中，但仍使用圖3之檢測設備的暗場成像分支來解析。(若使用光瞳成像分支來進行量測，則典型地需要例如L為30 µm或40 µm之較大目標，以使得可將照明光點S完全置於光柵內)。特徵及光柵之相對大小以及每一光柵中之特徵的數目並不意欲按比例展示於此處之圖中的任一者中。
圖6展示根據實施例之各種聚焦度量衡圖案。將瞭解，此等圖解純粹為例示性的，且當然可基於本文中所揭示之原理而設想其他實例。在所有實例中，僅展示圖案之一小區段，包括具有週期P之重複單元。
圖6(a)單獨展示用作圖5中之實例之相同聚焦度量衡圖案的一小部分。可使用此類型之圖案以使用反射圖案化裝置MA或習知透射製程來量測EUV微影製程之聚焦效能。
目標設計包含週期性圖案600，該週期性圖案600包含圖案區域605及空間區域610之重複實例。圖案區域包含第一特徵615 (下文稱為梳形特徵615)之至少一個迭代及至少一個第二特徵620 (下文稱為線特徵620)。梳形特徵615包含子特徵625，該子特徵625在此實施例中為自第一特徵之主體630不對稱地突出之線。此等突出線或指狀物之長度經標註為w7。在圖6(a)中，週期性圖案600之每一圖案區域605具有梳形特徵615及線特徵620之一個重複(例如各自兩個)，在圖6(b)中，週期性圖案600'之每一圖案區域605僅具有一個梳形特徵615及一個線特徵620，且在圖6(c)中，週期性圖案600之每一圖案區域605''具有梳形特徵615及線特徵620之兩個重複。對於每一重複(第一特徵與第二特徵對)，梳形特徵615之指狀物625相鄰於(亦即面向)至少一個線特徵620。應注意，此與圖4配置相反。
如先前所論述，當形成於基板上且經量測時，對目標之聚焦量測回應應包含兩個移位柏桑曲線。在所提出之目標設計中，第一柏桑回應可由指狀物625之聚焦回應產生，且第二柏桑回應可由線特徵620產生。此等第一及第二柏桑曲線之峰值的相對移位可由在抗蝕劑中之較低高度(z方向)處對指狀物625有效取樣的事實造成。額外不對稱性機構可基於指狀物625之側壁角。
咸信，由圖案區域605及空間區域610 (亦即圖案區域605及空間區域610之比率)限定之約1:1線空間比率可得到最大信號(不對稱性)強度。正係由度量衡裝置(散射計)在量測期間所偵測之此線空間週期性間距；散射計將梳形特徵615之子特徵625及主體630有效地視為粗線。亦咸信，重複近解析度或依解析度特徵將倍增提供聚焦依賴性信號之區域，且因此倍增該信號。圖6(a)之實例具有約1:1 (亦即w1約等於w2)之有效線空間比率及近解析度特徵之一個重複。因此，就信號強度而言，此可為較佳配置。然而，亦預期圖6(b)及圖6(c)之實例將提供可接受效能。舉例而言，圖案區域605及空間區域610之寬度可相差至多100%、至多50%、至多20%或至多10%。可替代地或另外，就線空間比率(圖案區域605與空間區域610之間的比率)而言，此等區域中之最大者與此等區域中之最小者的比率(亦即最大:最小比率)例如應小於3:1、小於2:1或小於3:2。
可調整聚焦度量衡圖案之若干參數作為用於最佳聚焦度量衡圖案之設計製程的部分。針對產品之每一層及每一製程，最佳聚焦度量衡可能不同，尤其在微影設備之操作參數針對每一層可自訂的情況下。梳形特徵615之尺寸w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8、w9、間距P及指狀物間距Pt皆可變化(在目標間及/或甚至在目標內)。舉例而言，間距P可在300 nm與800 nm之間或300 nm與600 nm之間；例如週期或間距P可為350 nm、450 nm或600 nm。可以任何合適的格式來表述設計參數。諸如剛剛給定之比率的比率可適宜用於表述特徵之相對尺寸，而絕對尺寸可經直接表述，或藉由相對於指定解析度極限及/或相對於週期P之比率來表述。在所說明實例中，其中週期P為450 nm或600 nm，線寬w3、w4及w8 (分別對於梳形特徵之主體、線特徵及指狀物)以及空間w5、w6、w9 (梳形特徵與線特徵之間及每一指狀物之間的空間)可皆具有相同尺寸；例如在約20 nm與40 nm之間，例如22 nm或30 nm。尺寸w7 (指狀物625之長度)可為線寬之大約兩倍，例如在約40 nm與80 nm之間，例如44 nm或60 nm。
一般而言，若特徵之間的空間為特徵自身之五倍或六倍尺寸，則熟習成像技術者將考慮有效地將特徵彼此隔離。此處，每一圖案區域內之梳形特徵中之每一者與每一線特徵之間的最大間距不大於用以列印目標之微影設備之解析度極限的兩倍。舉例而言，此間距可不大於100 nm、不大於80 nm、不大於60 nm、不大於40 nm、不大於30 nm或不大於20 nm。因此，在此實施例中，每一圖案區域605之特徵615、特徵620不彼此分離，但每一圖案區域605與其相鄰圖案區域分離。
圖7展示本文中所描述在目標上之若干差異。在圖6實施例中，(細)線特徵620有效浮置，其並不理想。就成像而言，簡單光柵中之最末線始終以不同方式列印至其他線，此係因為該最末線不具有相鄰結構。對於良好信號，最末細線應與所有其他細線相同而列印。因此，建議使最末細線加粗或包含額外虛設相鄰者以最大化此類似性。在圖7中，每一圖案區域705之右側邊緣的有效厚度已經增加以改良此邊緣之穩定性。圖7(a)、圖7(c)及圖7(e)為圖7(b)、圖7(d)及圖7(f)之等效單個重複實例分別的無重複之實例。更特定言之，圖7(a)、圖7(c)及圖7(e)中所說明之圖案包含具有單個梳形特徵715及線特徵735、線特徵735'、線特徵735''之圖案區域705，該圖案區域705與空間區域710交錯，且圖7(b)、圖7(d)及圖7(f)中所說明之圖案包含具有梳形特徵715之一個重複及線特徵720、線特徵735、線特徵735'、線特徵735''的圖案區域705，該圖案區域705與空間區域710交錯。基礎原理可擴展至其他重複實例，例如圖6(c)之兩個重複實例，其中空間允許。在所說明實施例中，可看出對於多個重複實例，圖案不完全重複；亦即右側線特徵735、735'、735''不同於其他線特徵720。
在圖7(a)及圖7(b)中，已將右側線特徵735製作得較粗。舉例而言，該右側線特徵可為線特徵720之約1.5倍或兩倍粗(例如圖6之線特徵620的約1.5倍或兩倍粗)。應注意，對於圖7(b)之單個重複實例，僅將第二線特徵735製作得較粗。在圖7(c)及圖7(d)中，右側線特徵635'包含雙細-細線，例如各自類似於線特徵720之線的兩條線。在圖7(e)及圖7(f)中，右側線特徵635''包含雙細-粗線，例如兩條線，最外線比最內線更粗。舉例而言，較薄線可類似於線特徵720之線，且較粗線可為1.5倍或兩倍粗。
雖然包括以上聚焦度量衡目標圖案之目標可得到聚焦量測值(當針對製程適當設計時)，但亦預期到目標之聚焦量測值將由於除聚焦之外可引入的廣泛多種像差及/或影像失真而受不定性影響。因此，亦揭示對兩個或更多個聚焦度量衡圖案進行多個差異量測之量測方法的實施例。此等聚焦度量衡圖案可以在其設計中具有鏡像不對稱性之互補對提供，及/或以除鏡像對稱性之外的設計差異成對地提供。
圖8說明可一起使用以獲得經改良之聚焦量測值的兩個互補聚焦度量衡圖案。純粹藉助於實例，圖6(a)之圖案已經選擇為此互補對之基礎，如圖8(a)中所見。圖8(b)處所見之該對的另一圖案為鏡像。
圖9展示兩個或更多個互補圖案並排列印於基板W上，從而形成複合聚焦度量衡目標T。在此特定實例中，存在以兩個互補對TNa/TMa及TNb/TMb配置之四個聚焦度量衡圖案。在每一互補對中，第一圖案(列印於右側)經標註為TN (使用N表示「正常」)，而第二圖案經列印於左側且經標註為TM (M表示「鏡像」)。將理解，該等標註為任意的，但效果為經列印聚焦度量衡圖案至少包含特徵之第一週期性陣列及第二週期性陣列，特徵之每一週期性陣列形成個別聚焦度量衡圖案。隨後在每一週期性陣列內存在經程式化不對稱性，第二週期性陣列之不對稱性與第一週期性陣列之不對稱性相反，從而形成互補對。隨後，獲得經改良之聚焦量測值包括量測第一週期性陣列及第二週期性陣列中之每一者之不對稱性，以及藉由組合針對週期性陣列(TN, TM)量測之不對稱性來判定聚焦效能之亮度。
藉由使用在設計中具有相反不對稱性之目標組合來自量測之結果，可使聚焦量測對出現於投影系統或度量衡系統中之不對稱性較不敏感，該等不對稱性另外可能被誤認為聚焦誤差。可使用互補圖案對以此方式加以區分之缺陷的特定類型為彗形像差及投影不對稱性。舉例而言，可預期到慧形像差將在影像散焦時引入在特定方向上之不對稱性。相比之下，相較於「正常」圖案，由聚焦誤差誘發之不對稱性在「鏡像」圖案中將為相反的。組合來自兩個圖案之不對稱性量測允許更準確地量測實際聚焦誤差。
另外，在此實例中，提供兩個互補目標對，其由字尾「a」及「b」識別。在此等對之間，聚焦度量衡圖案之設計參數改變。作為第一差異，對TNa/TMa之週期Pa長於對TNb/TMb之週期Pb，且「指狀物」之長度已縮短。在其他實施例中，不同參數可改變(例如w1、w2、w3、w4、w5、w6、w7、w8、w9或Pt中之任一者或多者)，且週期P可相同或不同。替代提供不同圖案設計或除提供不同圖案設計以外，亦可使用不同捕捉條件來獲得更多樣之信號。舉例而言，輻射之不同波長及/或偏振可用以獲得繞射信號。
因此，如圖9中所說明，可藉由在相同步驟中列印一或多個互補對聚焦度量衡圖案TN及TM而形成複合聚焦度量衡目標T。如所說明，可在圖3之檢測設備之暗場成像模式中使用輻射光點S來使此等個別圖案同時成像。換言之，可藉由使用由設備收集之+1及-1階繞射輻射來獲取第一影像及第二影像而對此等聚焦度量衡圖案兩者之不對稱性進行量測。圖10中展示一個此類影像。舉例而言，深色矩形表示經記錄於圖3之設備中之感測器23上的暗場影像。圓圈S'指示成像至偵測器上之輻射光點S之區域。較亮矩形TNa'、TNb'、TMa'及TMb'分別表示對應聚焦度量衡圖案TNa、TNb、TMa及TMb之影像。來自每一目標之一個繞射階之強度可藉由例如限定較亮矩形中之每一者內的所關注區域ROI以及對像素值取平均來量測。針對相反繞射階重複此量測允許計算不對稱性。在使用圖3中所示之稜鏡21b的替代量測方法中，隨後實際上可同時捕捉兩個圖案之兩個影像。
圖8至圖10中所說明之原理可應用於圖6及圖7中所說明之圖案中的任一者。
在又其他實施例中，可例如使用圖3之檢測設備之光瞳成像分支或更一般而言使用角度解析散射計來分別量測每一聚焦度量衡圖案之不對稱性。來自一個圖案之相反繞射階位於光瞳影像之互補區中，但一次僅可量測一個圖案。
圖11為根據例示性實施例的用於量測微影製程之聚焦效能之方法之步驟的流程圖。該方法可使用上文所描述及圖式中所說明之實例聚焦度量衡圖案中之任一者來執行。步驟如下，且隨後更詳細地描述該等步驟： 1000-藉由限定具有度量衡目標之產品設計或度量衡晶圓設計且製備合適的圖案化裝置(倍縮光罩)集合而開始。在生產之前，藉由已知聚焦-曝光變化進行曝光，且量測此等變化以獲得一或多個校準曲線。(此可涉及設計、曝光及量測步驟之迭代循環。) 1010-將一或多個聚焦度量衡圖案列印於基板上之產品圖案旁； 1020-使用合適的檢測設備來量測每一聚焦度量衡圖案之繞射光譜之部分的強度(例如+1階為繞射光譜之合適的部分)； 1030-使用檢測設備來量測每一聚焦度量衡圖案之繞射光譜之相反部分(例如-1階)的強度； 1040-藉由比較相反繞射階之強度來計算一或多個聚焦度量衡圖案之不對稱性的量測值； 1050-使用不對稱性量測值與儲存於步驟1000中之校準曲線及/或諸如SEM之其他量測值，計算在列印聚焦度量衡圖案時之聚焦誤差。 1060-在聚焦設定中使用經導出聚焦量測值以用於對後續基板之曝光。 1070-結束或重複。
如已解釋，步驟1020及步驟1030可作為單個步驟執行，以使得可在單次採集中獲得聚焦度量衡圖案之相反繞射階。另外，在兩個或更多個圖案(例如圖9中所示之一或多個互補圖案對)經量測之情況下，可使用單次影像採集來量測此等兩個或更多個圖案之相反繞射階，以獲得對應數目之不對稱性量測值。
儘管量測步驟經展示為藉由作為專用檢測設備之散射計來進行，但此可為單機設備，或其可整合於微影製造單元中。此外，在無專用度量衡設備之情況下，可例如使用具有設置於微影設備中之對準感測器之合適的目標來進行不對稱性量測。 計算步驟1040及1050可皆在檢測設備之處理器中執行，或可在與對微影設備之監測及控制相關聯的不同處理器中執行。每一步驟可藉由經程式化處理器執行，且檢測設備可經修改以執行聚焦量測方法而無硬體修改為所揭示之技術的優勢。
在後續經編號條項中揭示其他實施例： 1.     一種量測微影設備之聚焦效能之方法，該方法包含： (a)    獲得與基板上之經列印聚焦度量衡圖案中的第一週期性陣列之繞射光譜之相反部分之間的經量測不對稱性相關之量測資料；以及 (b)    至少部分地基於量測資料內所包含之不對稱性來導出聚焦效能之量測值， 其中該第一週期性陣列包含不具有特徵之空間區域與具有至少一個第一特徵及至少一個第二特徵之圖案區域的重複配置，該至少一個第一特徵包含自主體突出之子特徵；且其中第一特徵及第二特徵充分接近以在於量測步驟中經量測時經有效偵測為單一特徵。 2.     如條項1中所定義之方法，其中每一圖案區域內之該至少一個第一特徵及該至少一個第二特徵中之每一者之間的最大間距不大於列印步驟之解析度極限的兩倍。 3.     如條項1或2中所定義之方法，其中每一圖案區域內之該至少一個第一特徵及該至少一個第二特徵中之每一者之間的最大間距不大於80 nm。 4.     如任一前述條項中所限定之方法，其中該每一該等子特徵自主體不對稱地突出。 5.     如任一前述條項中所定義之方法，其中每一第二特徵定位於該等第一特徵之一各別者的主體中與自該等子特徵延伸的相同之側上。 6.     如任一前述條項中所定義之方法，其中每一圖案區域之最外第二特徵具有有效厚度，該有效厚度為第一特徵與第二特徵之間的間距及/或該第一特徵之主體之厚度的至少兩倍。 7.     如條項6中所定義之方法，其中該最外第二特徵包含以下任一者： 單線特徵，其厚度為第一特徵與第二特徵之間的間距及/或該第一特徵之主體之厚度的至少1.5倍， 雙線特徵，其包含兩條相鄰線，或 雙線特徵，其包含兩條相鄰線，其中最外線的寬度為第一特徵與第二特徵之間的間距及/或第一特徵之主體之寬度的至少1.5倍。 8.     如任一前述條項中所定義之方法，其中每一第二特徵包含線。 9.     如任一前述條項中所定義之方法，其中每一圖案區域包含該第一特徵及第二特徵之至少一個重複。 10.   如任一前述條項中所定義之方法，其中每一第一特徵及第二特徵之最小尺寸接近於而非小於列印步驟之解析度極限。 11.    如任一前述條項中所定義之方法，其中空間區域之寬度與圖案區域之寬度在週期性方向上的最大:最小比率小於3:1。 12.   如任一前述條項中所定義之方法，其中空間區域之寬度與圖案區域之寬度在週期性方向上的最大:最小比率小於2:1。 13.   如任一前述條項中所定義之方法，其中空間區域之寬度與圖案區域之寬度在週期性方向上的最大:最小比率小於3:2。 14.   如任一前述條項中所定義之方法，其中經列印聚焦度量衡圖案至少包含特徵之第一週期性陣列及第二週期性陣列，特徵之每一週期性陣列具有如在前述條項中指定的形式，其中在每一週期性陣列內存在經程式化不對稱性，第二週期性陣列之不對稱性與第一週期性陣列之不對稱性相反，且其中量測資料內之該不對稱性包含第一週期性陣列及第二週期性陣列中之每一者的不對稱性，且步驟(b)藉由組合對應於週期性陣列之不對稱性來判定聚焦效能之該量測。 15.   如條項14中所定義之方法，其中該等子特徵經配置以使得每一第二特徵相對於週期性方向不對稱，且其中特徵之第二週期性陣列中之每一第二特徵的不對稱性與特徵之第一週期性陣列中之不對稱性相反。 16.   如任一前述條項中所定義之方法，其中步驟(a)中之量測係使用波長為第一特徵及/或第二特徵之該最小尺寸的至少兩倍長的輻射來執行。 17.   如任一前述條項中所定義之方法，其中該量測資料對應於使用波長長於150 nm的輻射所執行之量測，而在列印該聚焦度量衡圖案時所使用之輻射的波長小於20 nm。 18.   如任一前述條項中所定義之方法，其中該聚焦度量衡圖案中之特徵的該等週期性陣列中之每一者的週期大於350 nm。 19.   如任一前述條項中所定義之方法，其包含使用檢測輻射來量測經列印聚焦度量衡圖案中之第一週期性陣列的繞射光譜之相反部分之間的該不對稱性。 20.   如任一前述條項中所定義之方法，其包含使用微影設備以在基板上列印至少一個聚焦度量衡圖案，該經列印聚焦度量衡圖案至少包含特徵之該第一週期性陣列。 21.   一種在微影設備中所使用之圖案化裝置，該圖案化裝置包含用以限定一或多個裝置圖案及一或多個度量衡圖案之特徵的反射部分及非反射部分，該等度量衡圖案包括至少一個聚焦度量衡圖案，該聚焦度量衡圖案包含特徵之至少一第一週期性陣列，該等特徵之至少一第一週期性陣列包含經配置以限定不具有特徵之空間區域與具有至少一個第一特徵及至少一個第二特徵之圖案區域的重複特徵配置，該至少一個第一特徵包含自主體突出之子特徵；且其中第一特徵與第二特徵充分接近以在基於散射量測之度量衡動作期間經有效偵測為單一特徵，以量測如形成於基板上之第一週期性陣列的繞射光譜之相反部分之間的不對稱性。 22.   如條項21中所定義之圖案化裝置，其中每一圖案區域內之該至少一個第一特徵及該至少一個第二特徵中之每一者之間的最大間距使得當在成像步驟中使用該圖案化裝置時，考慮到適用於成像步驟之任何放大因數，對應於該至少一個第一特徵及該至少一個第二特徵中之每一者的形成於基板上之所成像特徵不大於80 nm。 23.   如條項21或22中所定義之圖案化裝置，該等子特徵自主體不對稱地突出。 24.   如條項23中所定義之圖案化裝置，其中每一第二特徵定位於該等第一特徵之一各別者的主體中與自該等子特徵延伸的相同之側上。 25.   如條項23或24中所定義之圖案化裝置，其中每一圖案區域之最外第二特徵具有有效厚度，該有效厚度為第一特徵與第二特徵之間的間距及/或該第一特徵之主體之厚度的至少兩倍。 26.   如條項25中所定義之圖案化裝置，其中該最外第二特徵包含以下任一者： 單線特徵，其厚度為第一特徵與第二特徵之間的間距及/或該第一特徵之主體之厚度的至少1.5倍， 雙線特徵，其包含兩條相鄰線，或 雙線特徵，其包含兩條相鄰線，其中最外線之寬度為第一特徵與第二特徵之間的間距及/或該第一特徵之主體之寬度的至少1.5倍。 27.   如條項21至26中任一項中所定義之圖案化裝置，其中每一第二特徵包含線。 28.   如條項21至27中任一項中所定義之圖案化裝置，其中每一圖案區域包含該第一特徵及第二特徵之至少一個重複。 29.   如條項21至28中任一項中所定義之圖案化裝置，其中空間區域之寬度與圖案區域之寬度在週期性方向上的最大:最小比率小於3:1。 30.   如條項21至28中任一項中所定義之圖案化裝置，其中空間區域之寬度與圖案區域之寬度在週期性方向上的最大:最小比率小於2:1。 31.   如條項21至28中任一項中所定義之圖案化裝置，其中空間區域之寬度與圖案區域之寬度在週期性方向上的最大:最小比率小於3:2。 32.   如條項21至31中任一項中所定義之圖案化裝置，其中聚焦度量衡圖案至少包含特徵之第一週期性陣列及第二週期性陣列(特徵之該重複配置)，其中在每一週期性陣列內存在經程式化不對稱性，第二週期性陣列之不對稱性與第一週期性陣列之不對稱性相反。 33.   一種度量衡設備，其用於量測微影製程之參數，該度量衡設備可操作以執行如條項1至20中任一項之方法。 34.   一種微影系統，其包含： 微影設備，其包含： 照明光學系統，其經配置以照明反射圖案化裝置； 投影光學系統，其經配置以將圖案化裝置之影像投影至基板上；及 如條項33之度量衡設備； 其中該微影設備經配置以在將圖案施加至另外基板時使用由該度量衡設備導出之聚焦效能的量測值。 35.   如條項34中所定義之微影系統，其中該反射圖案化裝置包含如條項21至32中任一項之圖案化裝置。 36.   一種微影單元，其包含如條項33之度量衡設備或如條項34或35之微影系統。 37.   一種電腦程式，其包含處理器可讀指令，該等處理器可讀指令在運行於合適的處理器控制之設備上時，使得處理器控制之設備執行如條項1至20中任一項之方法。 38.   一種製造裝置之方法，其中使用微影製程來將裝置圖案施加至一系列基板，該方法包括： -  使用如條項1至20中任一項之方法來量測微影製程之聚焦效能，以及 -  根據經量測聚焦效能控制稍後基板之微影製程。 結論
總之，可藉由以下操作改進使用微影製程來製造裝置之方法：執行如本文中所揭示之聚焦量測方法，使用該聚焦量測方法來量測經處理基板以量測微影製程之效能參數，以及調整製程之參數(尤其是聚焦)以提高或維持微影製程之效能以用於後續基板的處理。
雖然包括及上文所描述之聚焦度量衡圖案的目標結構為出於量測之目的而經特別設計及形成，但在其他實施例中，可對作為形成於基板上之裝置之功能性部分的目標量測特性。許多裝置具有規則的類光柵結構。如本文中所使用之術語「度量衡圖案」及「度量衡目標」及其類似者不要求已特別針對所執行之量測來提供結構。
其上形成有此等度量衡圖案之基板可為產品研發中之生產晶圓或實驗晶圓。該等基板亦可為專用度量衡晶圓，例如作為進階製程控制(APC)機構之部分而經間歇處理之監測晶圓。
與限定如在基板及圖案化裝置上實現之聚焦度量衡圖案的實體光柵結構相關聯，實施例可包括含有機器可讀指令之一或多個序列的電腦程式，該等機器可讀指令描述設計聚焦度量衡圖案、度量衡配方及/或控制檢測設備實施照明模式及彼等度量衡配方之其他態樣的方法。可(例如)在用於設計/控制製程之分離電腦系統中執行此電腦程式。如所提及，計算及控制步驟可在圖3之設備中的單元PU及/或圖2之控制單元LACU內經完全或部分地執行。亦可提供其中儲存有此電腦程式之資料儲存媒體(例如半導體記憶體、磁碟或光碟)。
本文中所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如具有為或約為365 nm、355 nm、248 nm、193 nm、157 nm或126 nm之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如具有在5 nm至20 nm範圍內之波長)以及粒子束，諸如離子束或電子束。
術語「透鏡」在內容背景允許時可指各種類型之光學組件中之任一者或組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。
本發明之廣度及範疇不應受上述例示性實施例中之任一者限制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效物來限定。
0:實線 11:輻射源 12:照明系統 13:孔徑裝置 13N:孔徑 13S:孔徑 15:部分反射表面 16:顯微鏡物鏡 18:光瞳成像光學系統 19:光瞳影像感測器 20:成像光學系統 21:孔徑光闌 21a:孔徑 21b:稜鏡 23:感測器 30a:射線 30b:射線 100:微影設備 422:第一特徵 424:第二特徵 426:子特徵 428:主體 502:倍縮光罩 504:EUV輻射 506:輻射 508:反射結構 510:輻射吸收結構 512:反射部分 600:重複單元 600':週期性圖案 605:圖案區域 605'':圖案區域 610:空間區域 615:梳形特徵 620:線特徵 625:指狀物 630:主體 705:圖案區域 710:空間區域 715:梳形特徵 720:線特徵 735:線特徵 735':線特徵 735'':線特徵 1000:步驟 1010:步驟 1020:步驟 1030:步驟 1040:步驟 1050:步驟 1060:步驟 1070:步驟 B:輻射光束 BK:烘烤板 C:目標部分 CH:冷卻板 CP:收集路徑 DE:顯影器 I:照明射線 I/O1:輸入/輸出埠 I/O2:輸入/輸出埠 IL:照明系統 IP:照明路徑 LA:微影設備 LACU:微影控制單元 LB:裝載匣 LC:微影單元 M1:光罩對準標記 M2:光罩對準標記 MA:支撐圖案化裝置 MT:支撐結構 O:光軸 P:週期 P1:基板對準標記 P2:基板對準標記 Pa:週期 Pb:週期 PM:第一定位器 PS:投影系統 PS1:位置感測器 PS2:位置感測器 Pt:指狀物間距 PU:單元 PW:第二定位器 RO:機器人 ROI:所關注區域 S:照明光點 S':圓圈 SC:旋塗器 SCS:監督控制系統 SO:源模組 T:度量衡目標 T':影像 T'':對應圖案 TCU:塗佈顯影系統控制單元 TMa:聚焦度量衡圖案 TMa':矩形 TMb:聚焦度量衡圖案 TMb':矩形 TNa:聚焦度量衡圖案 TNa':矩形 TNb:聚焦度量衡圖案 TNb':矩形 W:基板 w1:尺寸 w1':尺寸 w2:尺寸 w2':尺寸 w3:尺寸 w4:尺寸 w4':尺寸 w5:尺寸 w5':尺寸 w6:尺寸 w7:尺寸 w8:尺寸 w9:尺寸 WT:基板台 θ:傾斜角度 +1:點鏈線 -1:雙點鏈線
現在將參考隨附示意性圖式僅藉助於實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中，對應附圖標號指示對應部分，且在該等圖式中： 圖1描繪具有反射圖案化裝置之微影設備； 圖2描繪微影設備及度量衡設備可用以執行根據本發明之方法的微影單元或叢集； 圖3A及圖3B示意性地說明適用於執行角度解析散射量測及暗場成像檢測方法之檢測設備； 圖4展示先前描述之實例聚焦度量衡圖案； 圖5說明在本發明之一個實施例中使用反射圖案化裝置在基板上形成聚焦度量衡目標； 圖6a、圖6b、圖6c示意性地展示供用於本發明之實施例的聚焦度量衡圖案之實例； 圖7a、圖7b、圖7c、圖7d、圖7e、圖7f示意性地展示供用於本發明之實施例的聚焦度量衡圖案之其他實例； 圖8A及圖8B說明圖5(a)中所示之聚焦度量衡目標圖案的兩種互補變型； 圖9展示包含圖8(a)及圖8(b)中所展示之類型的聚焦度量衡圖案之互補變型的複合聚焦度量衡目標之形成； 圖10展示使用圖3之裝置獲得的圖9之目標之度量衡聚焦圖案的暗場影像；且 圖11為根據本發明之一實施例的監測聚焦之方法的流程圖。
502:倍縮光罩
504:EUV輻射
506:輻射
508:反射結構
510:輻射吸收結構
512:反射部分
600:重複單元
605:圖案區域
610:空間區域
MA:支撐圖案化裝置
P:週期
T:度量衡目標
T":對應圖案
W:基板

Claims (15)

  1. 一種量測一微影設備之聚焦效能之方法，該方法包含：(a)獲得與一基板上之一經列印聚焦度量衡圖案(printed focus metrology pattern)中的一第一週期性陣列之一繞射光譜之相反部分之間的經量測不對稱性(measured asymmetry)相關之量測資料；以及(b)至少部分地基於該量測資料內所包含之該不對稱性來導出聚焦效能之一量測值，其中該第一週期性陣列包含不具有特徵之一空間區域(space region)與具有至少一個第一特徵及至少一個第二特徵之一圖案區域的一重複配置(repeating arrangement)，該至少一個第一特徵包含自一主體突出之子特徵；且其中該第一特徵及該第二特徵充分接近(sufficient proximity)以在於一基於散射量測(scatterometery based)之度量衡動作中經量測時經有效偵測為一單一特徵。
  2. 如請求項1之方法，其中每一圖案區域內之該至少一個第一特徵及該至少一個第二特徵中之每一者之間的一最大間距為以下各者中之至少一者：不大於一列印步驟之一解析度極限的兩倍；及不大於80nm。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該每一該等子特徵自該主體不對稱地突出。
  4. 如請求項1或2之方法，其中每一第二特徵定位於該等第一特徵之一各別者的該主體中與自該等子特徵延伸的相同之側上。
  5. 如請求項1或2之方法，其中每一圖案區域之一最外(outermost)第二特徵具有一有效厚度，該有效厚度為第一特徵與第二特徵之間的間距及/或該第一特徵之該主體之厚度的至少兩倍，且其中，視情況，該最外第二特徵包含以下任一者：一單線特徵，其厚度為第一特徵與第二特徵之間的該間距及/或該第一特徵之該主體之厚度的至少1.5倍，一雙線(dual line)特徵，其包含兩條相鄰線，或一雙線特徵，其包含兩條相鄰線，其中該最外線之寬度為第一特徵與第二特徵之間的該間距及/或該第一特徵之該主體之寬度的至少1.5倍。
  6. 如請求項1之方法，其中以下各者中之至少一者：每一第二特徵包含一線；每一圖案區域包含該第一特徵及該第二特徵之至少一個重複；每一第一特徵及第二特徵之一最小尺寸接近但不小於一列印步驟的一解析度極限；以及該空間區域之寬度與該圖案區域之寬度在週期性方向上的最大：最小比率小於3：1，或小於2：1，或小於3：2。
  7. 如請求項1或2之方法，其中該經列印聚焦度量衡圖案至少包含特徵 之第一週期性陣列及第二週期性陣列，特徵之每一週期性陣列具有如請求項1或2所指定之一形式，其中每一週期性陣列內存在一經程式化不對稱性(programmed asymmetry)，該第二週期性陣列之該不對稱性與該第一週期性陣列之該不對稱性相反，且其中該量測資料內之該不對稱性包含該第一週期性陣列及該第二週期性陣列中之每一者的不對稱性，並且步驟(b)藉由組合對應於該等週期性陣列之該等不對稱性來判定聚焦效能之該量測，且其中，視情況，該等子特徵經配置以使得每一第二特徵在該週期性方向上不對稱，且其中特徵之該第二週期性陣列中之每一第二特徵的該不對稱性與特徵之該第一週期性陣列中之每一第二特徵的該不對稱性相反。
  8. 如請求項1或2之方法，其中步驟(a)中之該量測係使用波長為該等第一特徵及/或該等第二特徵之該最小尺寸的至少兩倍長的輻射來執行。
  9. 如請求項1或2之方法，其包含使用檢測輻射(inspection radiation)來量測該經列印聚焦度量衡圖案中之該第一週期性陣列的該繞射光譜之相反部分之間的該不對稱性。
  10. 一種在一微影設備中所使用之圖案化裝置，該圖案化裝置包含用以限定一或多個裝置圖案(device patterns)及一或多個度量衡圖案(metrology patterns)之特徵的反射部分及非反射部分，該等度量衡圖案包括至少一個聚焦度量衡圖案(focus metrology pattern)，該聚焦度量衡圖案包含特徵之至少一第一週期性陣列，該等特徵之至少一第一週期性陣列 包含經配置以限定不具有特徵之一空間區域與具有至少一個第一特徵及至少一個第二特徵之一圖案區域的一重複特徵配置(repeating arrangement of features)，該至少一個第一特徵包含自一主體突出之子特徵；且其中該第一特徵與該第二特徵充分接近以在一基於散射量測之度量衡動作期間經有效偵測為一單一特徵，以量測如形成於一基板上之該第一週期性陣列的一繞射光譜之相反部分之間的不對稱性。
  11. 一種度量衡設備，其用於量測一微影製程之一參數，該度量衡設備可操作以執行如請求項1至9中任一項之方法。
  12. 一種微影系統，其包含：一微影設備，其包含：一照明光學系統，其經配置以照明一反射圖案化裝置；一投影光學系統，其經配置以將該圖案化裝置之一影像投影至一基板上；及如請求項11之度量衡設備；其中該微影設備經配置以在將圖案施加至另外基板時使用由該度量衡設備導出之聚焦效能的該量測值。
  13. 一種微影單元，其包含如請求項11之度量衡設備或如請求項12之微影系統。
  14. 一種電腦程式，其包含處理器可讀指令，該等處理器可讀指令在運 行於合適的處理器控制之設備(processor controlled apparatus)上時，使得該處理器控制之設備執行如請求項1至9中任一項之方法。
  15. 一種製造裝置之方法，其中使用一微影製程來將一裝置圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用如請求項1至9中任一項之方法來量測該微影製程之聚焦效能，以及根據該經量測聚焦效能控制稍後基板(later substrates)之該微影製程。
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